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방법 논문

소재 분석에 대 한 고속 연속파 자극된 브 릴 루 앵 산란 분 광 계

10K 조회수

⸱

DOI:

10.3791/55527

⸱

2017년 9월 22일

 ,  , 

이 논문에서

요약

우리는 빠른 continuous-wave-자극-브 릴 루 앵-산란 (CW-SBS) 분석기의 건설을 설명합니다. 분석기는 단일 주파수 다이오드 레이저를 사용 하 여 및 높은 스펙트럼-해상도 탁/비-혼 탁 한 샘플의 전송 스펙트럼을 얻으려고 원자 증기 노치 필터 속도 최대 약 기존 CW-SBS 분석기의 그들 보다는 빨리. 이 개선 고속 브 릴 루 앵 소재 분석을 수 있습니다.

초록

최근 몇 년 동안 수성 솔루션 및 바이오 소재, 빠른 수집 시간 같은 부드러운 물질의 비 접촉 분석에 대 한 자발적인 브 릴 루 앵 분석기를 사용 하 여 중요 한 증가 목격 했다. 여기, 우리는 어셈블리를 토론 하 고 사용 하는 브 릴 루 앵 분석기의 작동으로 브 릴 루 앵 산란 (SBS) 물과 지질 유제-기반 조직 같은 샘플 전송 모드에서의 유도 브 릴 루 앵 이득 (SBG) 스펙트럼을 측정 하 자극 < 10 MHz 스펙트럼 분해능 및 < 35 MHz 브 릴 루 앵 시프트 측정 정밀도 <는 분석기 거의 반대 전파 780에서 연속파 (CW) 좁은 선 폭 레이저 2의 구성 100 양 nm 누구의 주파수 튠을 통해 검사는 소재 브 릴 루 앵 시프트입니다. 울트라-협대역 뜨거운 루비듐-85 증기 노치 필터와 위상에 민감한 검출기를 사용 하 여는 신호--노이즈-비율에 SBG 신호는 크게 향상 된 기존 CW-SBS 분석기로 얻은 것에 비해. 이 개선에는 시간, 그로 인하여 빠른 속도로 부드러운 소재의 높은 스펙트럼 분해능 및 높은-정밀 브 릴 루 앵 분석을 용이 하 게 최대 100 빠른 수집 SBG 스펙트럼의 측정 수 있습니다.

서론

자연 스러운 브 릴 루 앵 분광학에에서 설립 되었습니다, 액체, 등 부드러운 재료의 기계적 분석에 대 한 귀중 한 접근 방식으로 최근 몇 년 동안 진짜 조직, 조직 환영 및 생물 세포1,2, 3,,45,,67. 이 방법에서는, 단일 레이저 조명 샘플 하 고는 inelastically 매체에 자발적인 열 음향 파도에서 흩어져 빛 샘플의 점 탄성 특성에 유용한 정보를 제공 하는 분석기에 의해 수집 됩니다. 자발적인 브 릴 루 앵 스펙트럼 음향 스톡 및 소재의 반대로 스톡 공명 두 브 릴 루 앵 봉우리와 레일리 피크 (탄력적 흩어져 빛) 때문에 조명 레이저 주파수에 포함 되어 있습니다. 브 릴 루 앵 backscattering 형상에 대 한 브 릴 루 앵 주파수 조명 레이저 주파수에서 여러 g h z로 이동 하 고 수백 MHz의 스펙트럼 폭.

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프로토콜

참고: 달리 명시 하지 않는 한 (i) 모든 마운트 홀더를 게시 하 고 클램핑 포크 또는 광학 테이블에 기본 장착 게시물 기지 강화를 연결 하 고 (ii) 모든 정렬 절차에 대 한 2-10 mW의 레이저 파워 출력.

참고: 설치 프로그램에서 모든 전기/광전자 장치를 켜고 사용 하기 준비 시간 전에 30 분을 허용 하 고.

1. 프로브 빔 광학 경로 준비

  1. 탑재 프로브 레이저의 섬유 겨냥 틀을 맞춥니다.
    1. 연결은 부 FC/APC 분극-유지의 입력된 광 스플리터 (포트 T의 FS 1) 프로브 레이저의 광 커플러를. 스플리터 (FS 1의 포트 1)의 67%-출력 섬유 섬유 겨냥 틀 (1 C)에 연결 합니다. 6-축 기구학 마운트 (Ø x, Ø y, Ø z, x, y, z)를 섬유 겨냥 틀을 연결 합니다. 파워 미터 섬유 겨냥 틀 뒤에 배치 하 고 x, y 및 z 레이저 섬유 커플러의 나사를 조정 하 여 레이저에서 파워를 극대화.
    2. 회전 섬유 겨냥 틀 (또는 광학 요소 정렬) S-편광 방향에 레이저 편....

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결과

그림 2b 와 3b 증류수 조직과 지질 에멀젼 각각 10 ms 및 100 ms 이내 (2.25 산란 이벤트와 45 cm-1에의 한 감쇠 계수) 팬텀 샘플 측정의 일반적인 포인트 SBG 스펙트럼 표시 합니다. 비교를 위해, 우리는 10에서 SBG 스펙트럼 측정 그림 2a 에 3a와 같이 s. 이러한 측정에 루비듐-85 증기 셀 ~ 104 길 잃은 펌프 반사를 약하게 하 고 전송에 대 한 90 ° C에가 열 되었다 > 프로브 빛;의 95% h11에 대 한 안정적인 유지 했다 수준. 또한, 여기에 정의 하는 공간 해상도 SBS의 절반 최대에 측면 전각으로는 초점에서 감지 하는 강도 약 8 µ m10이기 위하여 견적 되었다. 브 릴 루 앵 이동 평균 .......

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토론

그림 1에 표시 된 시스템, 물 샘플의 배치를 용이 하 게 하는 광학 테이블에 수직으로 거치 될 수 있다 18 "x 24" 브레드보드는에 건설 하도록 설계 되었습니다. 결과적으로, 그것은 강력 하 게 모든 광학 및 기계 요소를 강화 하 고 펌프 및 프로브 광속 선적 및 꺼짐-축 형상에 샘플을 조명 하기 전에 다양 한 요소와 동심 인지 확인 하는 것이 중요.

신호를 얻이 자극된 브 릴 루 앵 관찰에 어려움 그 마스크 물 샘플 (~ 10-6)의 약한 브 릴 루 앵 이득 과도 한 길 잃은 펌프 반사로 인해 발생할 수 있습니다. 이러한 가능한 문제를 해결 하려면 확인 먼저 챔버는 프로브 및 펌프 렌즈 초점의 공동 초점 지점에 위치 (L3 , L4, 각각). 다음, 가까운 약간 아이리스 (I) 루비듐 셀 앞에 배치 하거나 약간 더 처진 펌프 반사의 탐지 제거 펌프 빔 (6)의 접는.......

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공개 사항

저자는 공개 없다.

감사의 글

IR은 아즈 재단 박사 친목 수상에 대 한 감사.

....

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
프로브 다이오드 레이저 헤드 및 컨트롤러Toptica PhotonicsSYST DL-100-DFB수량: 1
펌프 증폭 다이오드 레이저 및 컨트롤러Toptica PhotonicsSYST TA-pro-DFB수량: 1
FC/APC 파이버 독Toptica PhotonicsFiberDock 수량 : 3
고출력 단일 모드 편광 유지 FC/APC 파이버 패치코드Toptica PhotonicsOE-000796수량:
조정 가능한 시준 광학 장치를 사용한 1 FC/APC 파이버 시준Toptica PhotonicsFiberOut수량: 1
FC/APC 파이버 고정 시준기OZ 광학HPUCO-33A-780-P-6.1-AS수량: 1
단일 모드 편광 유지 파이버 스플리터 33:67OZ OpticsFOBS-12P-111-4/125-PPP-780-67/33-40-3A3A3A-3-1수량: 1
단일 모드 편광 유지 섬유 분배기 50:50OZ OpticsFOBS-12P-111-4/125-PPP-780-50/50-40-3S3A3A-3-1수량: 1
f=25 mm, Ø 1/2" 무채색 이중색, SM05-스레드 마운트, ARC: 650-1050 nmThorlabsAC127-025-B-ML수량: 1
f=30 mm, Ø 1" 무채색 더블릿, SM1-스레드 마운트, ARC: 650-1050 nmThorlabsAC254-30-B-ML수량: 2
f=50 mm, Ø 1" 무채색 이중선, SM1-스레드 마운트, ARC: 650-1050 nmThorlabsAC254-50-B-ML수량: 1
f=100 mm, Ø 1" 무채색 이중, SM1-스레드 마운트, ARC: 650-1050 nmThorlabs AC254-100-B-ML수량: 1
f=200 mm, Ø 1" 무채색 더블릿, SM1-스레드 마운트, ARC: 650-1050 nmThorlabs AC254-200-B-ML수량: 1
Ø 1/2" 광대역 유전체 미러, 750-1100 nmThorlabs BB05-E03수량: 4
Ø 1" 광대역 유전체 미러, 750-1100 nmThorlabs BB1-E03수량: 2
1" 편광 빔스플리터 큐브, 780 nmThorlabs PBS25-780수량: 1
Ø N-BK7 보호 창이 있는 1" 선형 편광판, 600-1100 nmThorlabs LPNIRE100-B수량:
1-3 mm 빔 직경의 전단 플레이트가 있는 1개의 전단 간섭계ThorlabsSI035수량: 1
6축 잠금 kinematic 광학 마운트Thorlabs K6XS수량: 4
소형 5축 플랫폼Thorlabs PY005수량: 1
5축 플랫폼Thorlabs PY005A2수량: 1
Polaris 저 드리프트 Ø 1/2" 키네마틱 미러 마운트, 3개의 조절기Thorlabs POLARIS-K05수량: 4
렌즈 마운트 Ø 1" 광학Thorlabs LMR1수량:
외부 SM1 스레드 및 내부 SM05 스레드가 있는 5개의 어댑터, 0.40" 두께의 Thorlabs SM1A6T수량:
Ø를 위한 1개의 회전 마운트; 1" 광학Thorlabs RSP1수량: 2
1" Kinematic 프리즘 마운트Thorlabs KM100PM수량: 1
졸업 링 활성화 SM1 아이리스 다이어프램Thorlabs SM1D12C수량: 1
포스트 마운트 아이리스 다이어프램, Ø 12.0 mm 최대 조리개ThorlabsID12수량: 표준
ThorlabsMT1이 있는 2 1/2" 번역 스테이지수량: 3
Ø 1" 받침대 기둥 포스트, 8-32 탭, L = 1"ThorlabsRS1P8E수량: 1
Ø 1" 받침대 기둥 포스트, 8-32 탭, L = 1.5"ThorlabsRS1.5P8E수량: 2
Ø 1" 받침대 기둥 포스트, 8-32 탭, L = 2"ThorlabsRS2P8E수량: 4
Ø 1" 받침대 기둥 포스트, 8-32 탭, L = 2.5"ThorlabsRS2.5P8E수량: 1
Ø 1" 받침대 기둥 포스트, 8-32 탭, L = 3"ThorlabsRS3P8E수량: 4
짧은 클램핑 포크ThorlabsCF125수량: 12
마운팅 베이스ThorlabsBA1S수량:
8 대형 V-클램프와 PM4 클램핑 암, 2.5" 길이, ImperialThorlabsVC3C수량: 1
&오슬래시; 1/2" 포스트 홀더, 스프링 로드 육각 잠금 엄지나사, L = 1"ThorlabsPH1수량: 2
Ø 1/2" 포스트 홀더, 스프링 로드 육각 잠금 엄지나사, L = 1.5"ThorlabsPH1.5수량: 2
Ø 1/2" 포스트 홀더, 스프링 로드 육각 잠금 엄지나사, L = 2"ThorlabsPH2수량: 6
Ø 1/2" 광학 포스트, SS, 8-32 세트나사, 1/4"-20 탭, L = 1"ThorlabsTR1수량: 2
Ø 1/2" 광학 포스트, SS, 8-32 세트나사, 1/4"-20 탭, L = 1.5"ThorlabsTR1.5수량: 2
Ø 1/2" 광학 포스트, SS, 8-32 고정 나사, 1/4"-20 탭, L = 2"ThorlabsTR2수량: 6
알루미늄 브레드보드 18" x 24" x 1/2", 1/4"-20 탭ThorlabsMB1824수량:
1 12" 브레드보드용 수직 브래킷, 1/4"-20 구멍, 1ThorlabsVB01수량:
2 Si 포토다이오드, 40ns 상승 시간, 400 - 1100 nm, 10 mm x 10 mm 활성 영역Thorlabs FDS1010수량: 1
Waveplate, 0 order, 1/4 wave 780nmTower OpticsZ-17.5-A-.250-B-780수량: 2
Waveplate, zero order, 1/2 wave 780nmTower OpticsZ-17.5-A-.500-B-780수량: 1
광섬유 결합 초고속 광검출기Newport1434수량: 1
짐벌 광학 미러 마운트NewportU100-G2H ULTIMA수량: 25
mm 여행 범위를 가진 3개의 선형 스테이지Newport  엠-423 수량 : 1
잠금 가능한 차동 마이크로미터, 25 mm 거친, 0.2 mm 미세, 11 lb. 부하Newport  DM-25L수량: 1
XYZ 모터 선형 스테이지응용 과학 계측LS-50수량: 3
스테이지 컨트롤러응용 과학 계측MS-2000수량:
1 샘플 홀더집에서 만든맞춤수량:
1 Rubidium 85 용융 실리카 분광학 셀 평면 AR 코팅 창, 길이 150mm, 직경 25mm포토닉스 TechnologiesSC-RB85-25x150-Q-AR수량: 1
열전도 패드 300 mm x 300 mmBERGQUISTQ3AC 300MMX300MM SHEET수량: 1
히트 테이프 0.15 mm x 2.5  mm x 5 m, 4.29  W/mKANTHAL8908271수량:
1 폴리테트라플루오로에틸렌 테이프 1/2'' x 12 m테플론 테이프R.G.D수량: 1
반사 브래그 격자 대역통과 필터OptiGrateSPC-780수량: 1
고주파 aousto 광 변조기Gooch 및 Housego15210수량: 1
Aousto 광 변조기 RF 드라이버, 주파수: 210MHz Gooch and HousegoMHP210-1ADS2-A1수량: 1
고주파수 록인 증폭기 스탠포드 리서치 시스템SR844수량: 1
주파수 카운터위상 매트릭스EIP 578B수량: 1
임의 함수 생성기TektronixAFG2021수량: 2
데이터 수집 (DAQ) 모듈National InstrumentsNI USB-6212 BNC수량: 1
데이터 수집 (DAQ) 소프트웨어 National InstrumentsLabVIEW 2014수량: 1
조정된 DC 전원 공급 장치  듀얼 0-30V 5AMEILIMCH-305D-ii수량: 1
열전대MRCTP-01수량: 1
온도계MRCTM-5007수량: 1
동축 저역 통과 필터 DC-1.9 MHz미니 회로BLP-1.9+수량: 1
20% 지질 에멀젼Sigma-AldrichI141-100ml수량: 1
라운드 25mm 직경 커버 유리 두께:1 #Menzel Glaser150285수량: 1
컴퓨터 소프트웨어 매스웍스MATLAB 2015a
용 페디스탈 장착 어댑터 개의 마이크로미터 개 개의 개의

참고문헌

  1. Koski, K. J., Akhenblit, P., McKiernan, K., Yarger, J. L. Non-invasive determination of the complete elastic moduli of spider silks. Nat. Mater. 12 (3), 262-267 (2013).
  2. Palombo, F., Madami, M., Stone, N., Fioretto, D. Mechanical mapping with chemical specificity b....

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